材料化学复习.docx

1、材料化学复习第一章（绪论）（1） 材料的分类：金属、无机非金属、高分子、复合（2） 材料四特性：结构、性能、制备和应用第三章 （1）水热法 原理：通过对高压釜加热、加压产生相对高温、高压的反应环境，使难溶或不溶物质溶解而达到不饱和，从而析出晶体。（2）溶胶-凝胶法（sol-gel） 原理：通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料。 前驱体：一般是无机盐和金属醇盐 步骤：前驱体的水解、缩合形成三维空间网络结构的凝胶干燥、烧结固化 应用：制备 颗粒、纤维、表面涂膜 和 块状材料（3） 液相沉淀法 类型： 直接沉淀法：在金属盐溶液中直接加入沉淀剂 共沉淀法：在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，全部

2、沉淀。 均匀沉淀法：利用化学反应使 构晶离子缓慢均匀的释放出来。（4） 固相反应（凡是有固相参与的化学反应都称作固相反应） 特点：固态直接参与化学反应。 一般包括相界面上的反应和物质迁移 反应开始温度常常远低于反应物熔点。 矿化剂的影响（作用）1、 改变反应机制，降低反应活化能。2、 影响晶核的生产速率。3、 影响结晶速率及晶格结构。4、 降低系统的共熔点，改善液相性质。（5） 插层法与反插层法 插层法：把一些新原子导入晶体材料的空位。 反插层法：将晶体材料的某些原子有选择性的移除。 应用：固态锂离子电池的阴极材料 石墨基质（石墨层间化合物GIC）（6） 自蔓延高温合成法 原理：利用反应物间化

3、学反应热的自加热和自传导作用来合成材料。 平衡机制：燃烧反应与结构化同步进行。 非平衡机制：化学反应与结构化不同步。（7） 非晶材料的制备 制备需解决的两个问题：1、形成原子或分子混乱排列的状态：2、将热力学的亚稳态在一定的温度范围保存下来，使之不发生晶态转变。 液相骤冷制备 原理：使熔体急速降温，使晶体生长来不及成核，从而把熔体中无序结构保留下来，得到无序的固体材料。 主要方法：喷枪法、活塞法、抛射法。第四章 （1）耐氧化性 1、化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗。 电化学腐蚀：金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池，损耗材料。 阳极保护：在金属材料上加入较活泼的

4、金属作阳极，而被保护的金属作为阴极，发生电化学腐蚀时阳极被腐蚀，金属材料得以保护。 2、耐有机溶剂性 热塑性高分子材料（物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质）在有机溶剂中溶解。 热固性高分子材料（加热时不能软化和反复塑制）在有机溶剂中溶胀。 3、高分子材料抗氧化剂 光屏蔽剂：屏蔽光辐射源 紫外线吸收剂：吸收并消散紫外线辐射。 （2）力学性能 1、应力：单位截面积承受的力（ =F/A） 应变：材料受力发生的形变（=（L-L。）/L） 弹性形变：=E （E是弹性模量）2、应力应变曲线中四个参数： 弹性极限：e，表示材料保持完全弹性变形的最大应力。 屈服强度：s，表示材料开始发生

5、明显塑性形变的抗力。 极限强度：b，表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。 断裂强度：k，材料对塑性的极限抗力。3、塑性材料：伸长率大于等于5 。 脆性材料：伸长率小于5 伸长率=Lf-L0/L0 (Lf是试样拉断后的长度，L0是原长) （3）硬度 1、布氏硬度、维氏硬度和洛氏硬度。 2、三大材料硬度分析：A:金属材料硬度受其结构影响，形成固溶体或合金时，硬度显著提高.B:无机非金属材料由离子键和共价键构成，两种键强度均较高，一般具有较高硬度。C:高分子材料分子链以共价键结合，分子链之间以范德华力和氢键结合，键力较弱，硬度较低。（4）热学性能 1、三大材料导热机理： A:金属材料导热性能最佳，通过

6、自由电子运动实现。 B:无机非金属材料自由电子较少，导热靠原子热振动来完成，导热性能差。 C:高分子材料依靠分子链及链段的运动实现传热。 2、热膨胀性 体膨胀：物质的体积随温度升高而增大。 线膨胀：物质的长度随温度升高而变长。 三大材料热膨胀性能差异原因： 结合键越强，原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，膨胀性能差。结构紧密的晶体的热膨胀系数比结构松散的非晶体热膨胀系数大。共价键材料与金属相比，热膨胀系数低。离子键与金属相比，热膨胀系数较高，高分子材料和金属及陶瓷相比，热膨胀系数较大。 3、热容：1mol材料的温度升高1K时所需要的热量称为热容。 比热容：单位质量的材料温度升高1

7、K所需要的能量。（5）电学性能 包括：导电性、压电性、介电性和铁电性能。 1、导电性 定义：材料传导电流的能力。 三大材料导电性：金属材料导电性最好。陶瓷材料大多数是良好的绝缘体。 半导体：常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料N-型半导体：自由电子，供体。P-型半导体：自由空穴，受体。 2、 介电性：在电场作用下，材料表现出对静电能的储蓄和损耗的性质。 3、压电性：晶体材料与所施加的机械应力成比例产生电荷的能力。 正压电效应：由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。逆压电效应：对晶体施加交变电场引起晶体机械变形。4、铁电性：电滞回线中三个参

8、数（最大极化强度，剩余极化强度，矫顽电场），高于居里温度点，铁电性消失 （6）磁学性能 磁滞回线中三个参数：饱和磁感应强度、剩余磁感应强度 和 矫顽磁场强度。高于居里温度点，铁磁性消失 弱磁：抗磁性 和 顺磁性 强磁：铁磁性 反铁磁性 和 亚铁磁 铁磁性：外磁场去除后，仍保持部分极化状态。 （7）光学性能 定义：各种材料在光学性能上的差异主要是其对光的反射、吸收和透过程度不同。 1、光的吸收与透过（透明与不透明）： 金属：电磁波可激发电子到能量较高的未填状态而被吸收，但光波只能进入金属100nm处，故不透明。 半导体及无机非金属材料：取决于能隙Eg Eg3.1eV时，380nm,不能吸收可见光

9、，故无色透明。Eg780,所有可见光都被吸收，不透明。1.59EvEg3.1 380780,部分光被吸收，呈现不同颜色。 2、光的反射与折射（材料颜色） 金属：颜色取决于反射波长 无机非金属：反射受介质折射率差影响。第五章 （1）黑色金属：铁 锰 铬及其合金 有色金属：钢铁除外的所有金属 有色金属：轻有色金属：密度小于4.5 有色金属：密度大于4.5 贵金属：金 银 铜 准金属： 稀有金属：自然界含量很少、分布 （2）金属晶体的结构 FCC(A1) BCC(A2) HCP(A3) (3) 合金的基本结构 1、合金类型：机械混合物、固溶体 和 金属间化合物 2、固溶体类型：置换固溶体、间隙固溶体

10、 和 缺位固溶体 空隙越大，越容易形成间隙固溶体。 3、金属化合物类型 定义：两组元组成的合金中，在形成有限固溶体的情况下，溶质含量超过溶解度，会出现新相，新相不同于任一组元。 正常价化合物、电子化合物 和 间隙化合物（4）铁碳相图中各成分分类 固溶体：奥氏体（碳与-Fe） 铁素体（碳与-Fe） 马氏体（碳与-Fe） 金属化合物：渗碳体（FeC3） 机械混合物：珠光体（铁素体和渗碳体） 莱氏体（珠光体、渗碳体与共晶渗碳体） （5）金属材料热处理 退火、正火、回火和淬火 细晶强化：晶界使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，而且各晶粒间存在位向差，必然有多滑移，产生交割，两者共同作用大大提高金属材料的强

11、度。而晶粒越多，晶界也越多，强化效果更好.（6）储氢合金 储氢原理：可以大量吸氢，且吸放氢气过程可逆。吸氢放热，加热放热。 吸氢过程：超过固溶度后吸附在氢气含氢固溶体金属氢化物过饱和氢化物 吸放氢与温度的关系：P123 (7) 形状记忆合金 1、定义：材料在某一温度下受外力而变形，当外力撤去后，仍保持变形后的形状，当温度上升到某数值时，材料会自动恢复到变形前原有的形状。 2、分类 单程：材料加热后恢复原形，再改变温度，形状不发生改变。 双程：物体的形状自动随温度变化在高温、低温形状间变化。 全程：除具有可逆记忆的特点外，当温度较低时，物体的形状向与高温形状相反的方向变化。 3、工作原理 （8）

12、其他合金材料 1、超塑性合金：在700-1200C高温下仍能长时间保持所需力学性能，具有抗氧化、抗腐蚀能力，能满足工作条件的金属材料。 2、超塑性合金 细晶超塑性：晶粒一般为微小等轴晶粒。 相变超塑性：相变超塑性不要求金属有超细晶粒组织，但要求金属由固态相变特性。第六章 无机非金属材料 分类：传统、新型（特种） 硅酸盐 1、结构分类A：岛状，四面体,桥氧数0B: 组群状，双四面体，三、四、六节环，桥氧数1、2C: 链状 桥氧数2 3D: 层状 桥氧数3F: 架状 桥氧数 4 （1）水泥 1、水硬性胶凝材料：能将散状材料或纤维材料胶结在一起，经物理、化学作用，由浆体而成固体的人造石材的材料称为胶凝材料，浆体不仅能在空气中凝结、硬化而且能在水中硬化增长强度的称为水硬性胶凝材料。 2、主要原料：粘土、石灰石铁质校正原料。 3、制备流程：两磨一烧 4、石膏作用：调节硬化时间 5、主要成分：硅酸三钙（C3S） 硅酸二钙（C2S） 铝酸三钙（C3A） 铁铝酸四钙（C4AF） 6、硬化三阶段：溶解、胶化、硬化 （2）陶瓷 传统陶瓷的主要原料：粘土、石英、长石 结构陶瓷：氧化铝、碳化硅、六方氯化硅 结构：多相结构，晶相、玻璃相和气孔。并非所有陶瓷都包含玻璃相。（3）玻璃 最显著特点：非结晶性 主要原料：石英砂、石灰石、纯碱、长石